粘贴钢板技术在大陶口桥加固改造中的应用与分析

■李清超

（福建省三明市公路局沙县分局，三明 365500）

0 引言

空心板梁是目前我国桥梁建设中上部结构使用最为广泛的结构类型之一，其工作状态直接关系到桥梁的安全及我国交通运输事业的发展。随着社会经济的不断发展，公路交通量的不断增加以及大量重载车辆的涌现，造成了大量桥梁因承载力不足而产生了破坏，需要进行加固处理，以满足结构承载力要求和正常使用要求。

1 工程概况

G205 线大陶口桥（K2318+020）建于1996 年，桥长74.35m，桥宽12m，上部构造为3×16m 钢筋混凝土空心板梁桥，下部结构为钢筋混凝土双柱墩，U 型桥台，片石砼扩大基础。桥面铺装为10cm 厚钢筋混凝土。原设计荷载为汽-20，挂-100。

2 病害调查与成因分析

2.1 病害调查

根据该桥外观检查结果情况，主要病害如下：

（1）第1 跨和第2 跨大部分梁位于跨中附近存在横向裂缝；第3 跨11 片梁位于跨中附近均存在横向裂缝，裂缝贯穿板底，宽度介于0.15mm～0.25mm 之间。

（2）桥面铺装在多片梁铰缝处出现纵向裂缝。

（3）0#桥台左右两侧侧墙出现3 处蜂窝麻面现象，靠台帽约1m 处各有一条自墙顶向下的竖向裂缝，长度分别为5m 和4.6m，对应宽度分别为1.6mm 和0.5mm。

2.2 病害成因分析

空心板梁常见裂缝主要有两类：结构裂缝和非结构裂缝，在预应力混凝土和非预应力混凝土梁中两者的存在情况也不一样，预应力混凝土中的非结构裂缝居多，而普通钢筋混凝土板梁常出现的裂缝为结构裂缝，这种裂缝通常出现在梁中1/4～3/4 部位并横向贯通梁底，属空心板梁在荷载作用下产生的正弯矩裂缝。本桥3 跨梁底裂缝宽度在0.15mm～0.25mm 之间，小于《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）钢筋混凝土梁裂缝宽度0.25mm 限值的规定，属于正常的结构裂缝，不影响桥梁的承载能。

通过对本桥病害的表象及特征的观察分析，其主要病害成因为：（1）大量超重、超载车辆通过施加的超负荷荷载，致使桥梁出现各种病害；（2）桥台侧墙砌筑工艺较差，石料偏小，砂浆不饱满；（3）原桥小铰缝原设计为1cm，而实际施工时最大约为7cm；且铰缝处漏浆严重，板与板之间联系薄弱，导致空心板荷载横向分布系数较大，单块板受力过大，在板底跨中部分产生裂缝。表明空心板受拉区钢筋处于屈服阶段，是空心板梁即将破坏的预兆，应及时进行加固处理。

3 加固设计

3.1 粘贴钢板原理

粘贴钢板加固法：是指采用环氧树脂系列粘贴剂，将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉区域或薄弱部位，使之与结构物形成整体，通过钢板与补强结构物的共同作用，提高其刚度，限制裂缝开展，提高梁的承载能力，以达到补强效果。由于粘贴钢板法具有不破坏原有结构物结构，不增加原结构物尺寸，施工工期短，工程质量易控制及工程费用低等优点而被广泛使用。

3.2 空心板加固方案比选

针对空心板出现的病害，拟采用三种比选方案：（1）更换全桥三跨33 块空心板（简称换梁）；（2）对全桥33 块空心板板底跨中14.6m 范围贴钢板加固，并对铰缝布钢筋网注浆加固（简称粘贴钢板加固）；（3）对全桥33 块空心板板底跨中14.6m 范围贴碳纤维布加固，并对铰缝布钢筋网注浆加固（简称粘贴碳纤维布）。

从安全、经济和施工方面进行综合比较，如表1 所示。经综合比选，方案二贴钢板加固能改善空心板及桥面出现的病害问题，造价上占优，且施工方便，技术成熟，建议采用粘贴钢板加固方案。

表1 三种方案比选分析一览表

3.3 粘贴钢板方案计算分析

据本桥空心板砼强度回弹测量结果，空心板砼强度最低为41MPa，满足《规范》强度要求，空心板承载能力极限状态下的抗弯承载能力为1027.0kN·m，贴钢板加固后承载能力提高为1404.8 kN·m，提高36.8%，并且对铰缝布钢筋网注浆加固后，空心板整体性加强。通过加固前单块板（单板受力）在自重及汽车荷载作用下跨中弯矩及加固后每一块板利用荷载横向分布系数在自重、汽车及人群荷载作用下的跨中弯矩的对比分析结果可知（如表2 所示），加固后每块板跨中弯矩比加固前均有较大提高。证明该桥针对主梁及铰缝采取的加固措施是可行的。

表2 加固前后计算结果比较一览表

4 粘贴钢板施工工艺及技术要点

4.1 施工工艺

施工放样→裂缝处理→粘贴面处理→植锚栓→钢板打孔、表面处理→钢板安装→封边及注胶→钢板油化防锈处理。

粘贴钢板示意图如图1 所示。

图1 粘贴钢板示意图 （单位：cm）

4.2 施工技术要点

（1）根据设计施工图，放出粘贴钢板位置线。

（2）对粘贴区域混凝土表面进行凿毛处理，直至坚实的混凝土石外露，并形成平整的粗糙面，表面不平处用尖凿轻凿整平，用电动钢丝刷清除表面浮浆，剔除表面疏松物，再用压缩空气吹净表面粉尘，用丙酮擦拭表面。

（3） 钻孔、植筋。

按照设计要求，选用与螺栓直径相适应的钻头钻孔。为了避免钻孔中碰到梁内钢筋，可先用钢筋探测仪检查梁内钢筋的位置，预先调整钻孔的位置。打好孔后用压缩空气由孔底向孔外清理孔内浮尘，再用工业清洗盲孔，凉干后在孔内注入植筋胶（植筋胶在现场按照使用说明书的配制方法当场调制，按照规定时间使用），注入量为孔深的三分之二，将经除油清洗晾干的锚栓缓慢转动插入，最后植筋胶将孔口填塞饱满。

（4）钢板现场配套打孔，现场实际放样进行钢板下料，按现场已植埋的螺杆相对间距，对所粘贴的钢板进行配套打孔。

（5）预安装，对配套打孔的钢板按图纸要求的粘贴顺序进行预挂试安装，检验下一步粘贴工作的可操作性；预安装有困难的对个别进行修孔工作，至能安装为止。

（6）钢板粘贴面处理，用磨光砂轮机对钢板粘贴面进行除锈和粗糙处理，打磨粗糙度越大越好。打磨纹路的方向与钢板长度方向垂直。打磨好后用碎布条沾工业丙酮将钢板粘贴面擦拭干净；钢板接缝双面焊，满足规范要求，焊接工作在安装以前完成，安装以后严禁施焊。

（7）按照设计要求的预留空隙（5mm）在钢板内表面焊结3～4 个支撑点，确保灌胶空间满足设计要求。钢板安装完毕后，对钢板封边，封边的同时要预留排气孔，钢板上面预留注胶孔。检查各封边质量，达到规定强度以后，用注胶罐以压缩空气为动力向钢板内注胶。

（8）注胶过程中，随时封闭已经出胶的排气孔（管），防止胶体外溢而浪费。

（9）保证灌浆饱满度达到90%以上。达到凝固固化时间后，用敲击的方法判断粘结密实度。

（10）防腐处理：待环氧浆液凝固后清除表面油污，用钢刷除锈，涂一层树脂浆罩面，再涂防锈漆进行表面防护处理。

5 结束语

通过对大陶口桥空心板梁实施粘贴钢板加固施工后，使钢板能够与构件共同承担荷载，达到增加构件承载能力的目的。加固方案具有施工简单、效果良好、经济实用的特点,对同类桥梁的同类病害处理有较好的参考价值。

[1]JTGH11-2004，公路桥涵养护规范[S].

[2]JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范[S].

[3]JTG/T J23-2008,公路桥梁加固施工技术规范[S].

[4]蒙云，卢波.桥梁加固与改造[J].北京：人民交通出版社，2004.